نقلة نوعية في تكنولوجيا المذبذب الميكانيكي

نقلة نوعية في تكنولوجيا المذبذب الميكانيكي

الطابع الزمني: 11 أغسطس 2023 الساعة 12:43 مساءً
عقدة المصدر: 2817575
11 أغسطس 2023 (أخبار Nanowerk) على مدى العقد الماضي ، حقق العلماء تقدمًا هائلاً في توليد الظواهر الكمومية في الأنظمة الميكانيكية. ما بدا مستحيلًا قبل خمسة عشر عامًا فقط أصبح الآن حقيقة واقعة ، حيث نجح الباحثون في إنشاء حالات كمومية في كائنات ميكانيكية عيانية. من خلال اقتران هذه المذبذبات الميكانيكية بالفوتونات الضوئية - المعروفة باسم "الأنظمة الميكانيكية البصرية" - تمكن العلماء من تبريدها إلى أدنى مستوى للطاقة بالقرب من الحد الكمي ، و "الضغط عليها" لتقليل اهتزازاتها بشكل أكبر ، وإحداث تشابك بينها مع بعض. لقد فتحت هذه التطورات فرصًا جديدة في الاستشعار الكمي ، والتخزين المضغوط في الحوسبة الكمومية ، والاختبارات الأساسية للجاذبية الكمومية ، وحتى في البحث عن المادة المظلمة. من أجل تشغيل الأنظمة الميكانيكية البصرية بكفاءة في النظام الكمومي ، يواجه العلماء معضلة. من ناحية ، يجب عزل المذبذبات الميكانيكية بشكل صحيح عن بيئتها لتقليل فقد الطاقة ؛ من ناحية أخرى ، يجب أن تكون مرتبطة جيدًا بأنظمة فيزيائية أخرى مثل الرنانات الكهرومغناطيسية للتحكم فيها. يتطلب تحقيق هذا التوازن تعظيم عمر الحالة الكمومية للمذبذبات التي تتأثر بالتقلبات الحرارية في بيئتها وعدم استقرار تردد المذبذبات - وهو ما يُعرف في المجال باسم "فك الترابط". يعد هذا تحديًا مستمرًا عبر أنظمة مختلفة ، من المرايا العملاقة المستخدمة في كاشفات موجات الجاذبية إلى الجسيمات الصغيرة المحاصرة في الفراغ العالي. مقارنة بالتقنيات الأخرى مثل الكيوبتات فائقة التوصيل أو الفخاخ الأيونية ، لا تزال الأنظمة البصرية والكهروميكانيكية اليوم تُظهر معدلات أعلى من فك الترابط. الآن ، عالج العلماء في مختبر Tobias J. Kippenberg في EPFL المشكلة من خلال تطوير منصة ميكانيكية ضوئية فائقة التوصيل تظهر فك تماسك كمي منخفض للغاية مع الحفاظ على اقتران ميكانيكي بصري كبير ينتج عنه تحكم كمي عالي الدقة. تم نشر العمل مؤخرًا في فيزياء الطبيعة ("مذبذب ميكانيكي مضغوط مع مللي ثانية من فك الترابط الكمي"). نظام كهروميكانيكي فائق التماسك فائق التوصيل مسح صورة المجهر الإلكتروني لنظام كهروميكانيكي فائق التماسك فائق التوصيل. (الصورة: أمير اليوسفي ، EPFL) "بكلمات بسيطة ، أظهرنا أطول عمر للحالة الكمية تم تحقيقه على الإطلاق في مذبذب ميكانيكي ، والذي يمكن استخدامه كمكون تخزين كمي في أنظمة الحوسبة الكمومية والاتصالات ،" يقول أمير اليوسفي ، دكتوراه الطالب الذي قاد المشروع. "هذا إنجاز كبير ويؤثر على مجموعة واسعة من الجماهير في فيزياء الكم والهندسة الكهربائية والهندسة الميكانيكية." العنصر الأساسي في هذا الاختراق هو "مكثف رأس الأسطوانة ذو الفراغ الفراغي" ، وهو عنصر اهتزازي مصنوع من طبقة رقيقة من الألومنيوم معلقة فوق خندق في ركيزة من السيليكون. يعمل المكثف كعنصر اهتزازي في المذبذب ويشكل أيضًا دائرة ميكروويف طنين. من خلال تقنية التصنيع النانوي الجديدة ، قلل الفريق بشكل كبير الخسائر الميكانيكية في مرنان رأس الطبلة ، وحقق معدلًا غير مسبوق لفك الترابط الحراري يبلغ 20 هرتز فقط ، أي ما يعادل عمر الحالة الكمومية 7.7 ميلي ثانية - وهو الأطول الذي تم تحقيقه على الإطلاق في مذبذب ميكانيكي. سمح الانخفاض الملحوظ في فك الترابط المستحث حراريًا للباحثين باستخدام تقنية التبريد الميكانيكية البصرية ، مما أدى إلى دقة مذهلة بلغت 93 ٪ من احتلال الحالة الكمومية في الحالة الأرضية. بالإضافة إلى ذلك ، حقق الفريق ضغطًا ميكانيكيًا تحت تذبذب نقطة الصفر للحركة ، بقيمة -2.7 ديسيبل. "يسمح لنا هذا المستوى من التحكم بمراقبة التطور الحر لحالات الضغط الميكانيكي التي تحافظ على سلوكها الكمومي لفترة ممتدة تبلغ 2 مللي ثانية ، وذلك بفضل معدل إزالة الطور النقي المنخفض للغاية البالغ 0.09 هرتز فقط في المذبذب الميكانيكي" ، كما يقول شينغو كونو ، الذي ساهم في البحث. يقول مهدي شني زاده: "إن فك الترابط الكمي المنخفض للغاية لا يؤدي فقط إلى زيادة دقة التحكم الكمي وقياس الأنظمة الميكانيكية العيانية ، ولكنه سيفيد أيضًا في التفاعل مع الكيوبتات فائقة التوصيل ويضع النظام في نظام متغير مناسب لاختبارات الجاذبية الكمية" ، عضو آخر في فريق البحث "إن وقت التخزين الأطول بكثير مقارنة بالكيوبتات فائقة التوصيل يجعل النظام الأساسي مرشحًا مثاليًا لتطبيقات التخزين الكمي."

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك